抽風(fēng)管路設(shè)計

某車間抽風(fēng)管路系統(tǒng)設(shè)計前言焊接煙氣是一種有毒有害的氣體，內(nèi)含有錳、銘、鎳、硅、氟等化合物，氧化氮和臭氧等。焊接車間如不采取有效的通風(fēng)措施，焊接工人的身心健康將受到嚴(yán)重的損害，可能引發(fā)塵肺，錳中毒，金屬煙熱等疾病。為了有效改善焊接車間的空氣狀況，使工作區(qū)達到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，減少職業(yè)病患病率，必須對其進行通風(fēng)換氣，排除和稀釋有害物。針對某焊接車間的特點，我們特地對其進行以下通風(fēng)管路系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計的已知條件與要求］該車間長X寬X高=50X20X6，在長邊一側(cè)設(shè)置若干個抽風(fēng)點。抽風(fēng)點為上吸氣罩，罩口離地1.5米，離墻2米，吸風(fēng)總個數(shù)為（6?12）個。每個吸風(fēng)罩吸風(fēng)量相等，各個吸風(fēng)口由總管匯總至車間外引風(fēng)機，經(jīng)30米高煙囪排入周圍空氣中。要求確定每個吸風(fēng)口吸風(fēng)量及總吸風(fēng)量，各段管路的尺寸，管件尺寸，全系統(tǒng)的壓力損失并選擇風(fēng)機。設(shè)計方法本設(shè)計采用局部通風(fēng)方式對車間進行通風(fēng)換氣。為防止設(shè)備在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害物對車間空氣產(chǎn)生污染，往往通過排氣罩或吸風(fēng)口就地將有害物加以捕集，并用管道輸送到凈化設(shè)備進行處理，達到排放標(biāo)準(zhǔn)后，再回用或排入大氣。這就是設(shè)備的局部排風(fēng)。當(dāng)生產(chǎn)中有多臺這樣的設(shè)備，且每臺的局部排風(fēng)量不需很大，出于經(jīng)濟上的考慮，往往用管道將它們聯(lián)成整體，組成局部排風(fēng)系統(tǒng)，整求的局部排風(fēng)量排風(fēng)。而做到這一點的關(guān)鍵在于管道系統(tǒng)設(shè)計。一個系統(tǒng)共用一臺凈化設(shè)備和風(fēng)機。在局部排風(fēng)系統(tǒng)中，為了達到對有害物的捕集效果目的，要求局部排風(fēng)系統(tǒng)能按各設(shè)備要各設(shè)備局部排風(fēng)量相等即為均勻吸風(fēng)管道系統(tǒng)?？紤]到一般情況，各設(shè)備的局部排風(fēng)量不等時稱為定量吸風(fēng)管道系統(tǒng)。均勻吸風(fēng)管道的設(shè)計過去采用干管的等速設(shè)計法或降速梯形設(shè)計法，對定量吸風(fēng)管道則采用匯流三通的阻力平衡法，這些方法對問題的分析過于粗糙，運行后風(fēng)量偏差較大，已不適應(yīng)人們對環(huán)境的要求。本文的局部排風(fēng)系統(tǒng)管道設(shè)計方法，對排風(fēng)管道內(nèi)氣流的能量關(guān)系作了更詳細的分析，并可進行更精確的計算。運行后設(shè)備的排風(fēng)量與設(shè)計值偏差很小。設(shè)計原理局部排風(fēng)系統(tǒng)的吸風(fēng)支管一端是機上吸口，另一端在匯流三通處與干管相接，支管氣流與干管氣流在匯流三通處具有公共點稱為兩股氣流的匯合點（如圖1），兩股氣流在匯合點匯合，一般動壓是不等的，但其靜壓相等。干管氣流到達匯合點的靜壓稱為剩余靜壓，它是匯合點的實際靜壓。吸口與匯合點的靜壓差是支管吸風(fēng)的動力。對于形狀和尺寸給定的支管，只要吸口狀態(tài)和匯流三通匯合點處的靜壓一定，支管的吸風(fēng)量就一定。支管吸口的狀態(tài)以及支管的形狀和尺寸確定之后，根據(jù)風(fēng)量或風(fēng)速，就可求得支管在匯流三通處的靜壓，稱為該支管的計算靜壓。Vo :VI￥ITi--c 1 i-_圖1 吸風(fēng)管道原理圖對于第I根支管，只要列出吸口斷面與匯流三通匯合點斷面之間的柏努利方程，就可求出它的計算靜壓。設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計主要考慮捕集裝置和管道系統(tǒng)這兩部分的設(shè)計。1.捕集裝置的設(shè)計污染物的捕集裝置通常稱為集氣罩。集氣罩是通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。⑴.集氣罩的基本類型確定：根據(jù)車間氣流流動的特點和煙氣特性，本設(shè)計采用外部采氣罩的上吸型圓形集氣罩。⑵.集氣罩風(fēng)量的確定：根據(jù)集氣罩的經(jīng)驗值1200?3000m3/h，本設(shè)計采用的每個吸風(fēng)口的吸風(fēng)量為2800m3/h，設(shè)6個集氣罩，則管道的總風(fēng)量Q.=6Q=6X2800=16800m3/h⑶.罩口面積的確定：根據(jù)工藝設(shè)備及操作要求和吸風(fēng)量，確定罩口的平均吸氣控制速度為1m/s，則罩口面積為：A=Q/V=2800/(1X3600)=0.78m2=(4A/3.14)1/2=(4X0.78/3.14)i/2=1m⑷.擴張角確定：為保證罩口吸氣速度均勻，集氣罩的擴張角不宜太大，本設(shè)計中的集氣罩的擴張角為60°。2.管路系統(tǒng)設(shè)計管路系統(tǒng)設(shè)計主要包括管道布置，管道內(nèi)氣體流速確定、管徑選擇、壓力損失計算，壓力損失平衡計算，全壓損失匯總以及通風(fēng)機選擇等內(nèi)容。下面主要給出管徑選擇、壓力損失計算，壓力損失平衡計算，全壓損失匯總以及通風(fēng)機等相關(guān)的計算。(1).各管道的管徑和壓力損失的計算:管段1?2：據(jù)Q=2800ms/h,v=10.Om/s,查"計算表"得：d=320mm,X/d=0.0586實際流速為v二4Q/3.14d2=4X2800/3.14X（0.32）2X3600=9.7m/s動壓二Pv2/2=1.3X（9.7）2/2=61.IPa則摩擦壓力損失為AP=1XX/dXpv2/2=8X0.0586X61.1=28.6PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：集氣罩（擴張角為60°）：^=0.10；90°彎頭（R/d二1.5）2個：&=0.15；90°合流三通：^=0.9；調(diào)節(jié)閥：=0.32；E&=0.10+2X0.15+0.9+0.32=1.62則局部壓損△?!!!二工Xpv2/2=1.62X61.1=99.OPa該管段的總壓損 +APm=28.6+99.0=127.6PaL根據(jù)對稱原理有：L=L =8.0m；TOC\o"1-5"\h\z1?2 10?12D=D =320mm；1?2 10?12AP=AP=127.6Pa；1?2 10?12.管段2?3：據(jù)Q=2800ms/h,v=10.Om/s,查"計算表"得：d=320mm,X/d=0.0586實際流速:v二4Q/3.14d2=4X2800/3.14X（0.32）2X3600=9.7m/s動壓二Pv2/2=1.3X（9.7）2/2=61.IPa則摩擦壓力損失為AP=1XX/dXpv2/2=2X0.0586X61.1=7.2PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：集氣罩（擴張角為60°）：^=0.10；90°彎頭（R/d二1.5）1個：&=0.15；90°合流三通：^=0.53；調(diào)節(jié)閥：=0.3；EZ=0.10+0.15+0.53+0.3=1.08則局部壓損： APm=EZXpv2/2=1.08X61.1=66.0Pa該管段的總壓損：AP=APl+△Pm=7.2+66.0=73.2Pa根據(jù)對稱原理有：TOC\o"1-5"\h\zL =L =L =L =L =2m；2?3 4?5 6?7 8?9 10?11D =D =D =D =D =320mm；2?3 4?5 6?7 8?9 10?11宜2?3=宜4?5=宜6?7=宜8?9=/0?11=73.灑；.管段2?4：據(jù)Q=5600m3/h,v=10.0m/s，查“計算表”得：d=450mm,入/d=0.0385實際流速：v=4Q/3.14d2=4X5600/3.14X（0.45）2X3600=9.8m/s動壓二pv2/2=1.3X（9.8）2/2=62.4Pa則摩擦壓力損失為AP=lXX/dXpv2/2=6X0.0385X62.4=14.4PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：90°合流三通：Z=0.96,Z=0.78；漸擴變徑管：Z=0.27；右EZ=0.96+0.78+0.27=2.01則局部壓損APm=EZXpv2/2=2.01X62.4=125.4Pa該管段的總壓損AP=APl+APm=14.4+125.4=139.8Pa根據(jù)對稱原理有：L2?4=L8?10=6m；D=D=450mm；A?424=?*七10=139.8Pa；.管段4?6：據(jù)Q=8400m3/h,v=10.0m/s，查“計算表”得：d=560mm,入/d=0.0296實際流速：v=4Q/3.14d2=4X8400/3.14X（0.56）2X3600=9.5m/s動壓二pv2/2=1.3X（9.5）2/2=58.7Pa則摩擦壓力損失為AP=lXX/dXpv2/2=6X0.0296X58.7=10.4PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：90°合流三通：Z=1.10,Z=0.79；漸擴變徑管：Z=0.27；右EZ=1.10+0.79+0.27=2.16則局部壓損APm=:EZXpv2/2=2.16X58.7=126.8Pa該管段的總壓損AP=APl+APm=10.4+126.8=137.2Pa根據(jù)對稱原理有：L=L=6m；D=D=560mm；站46土七8=137.2Pa；.管段6?7：據(jù)Q=16800m3/h,v=10.0m/s，查“計算表”得：d=750mm,入/d=0.0207實際流速：v=4Q/3.14d2=4X16800/3.14X（0.75）2X3600=10.6m/s動壓二PV2/2=1.3X（10.6）2/2=73.0Pa則摩擦壓力損失為AP=lX入/dXpv2/2=6X0.0207X73.0=9.1PaL各管件局部壓損系數(shù)（查手冊）為：90°合流三通：Z=0.53;漸擴變徑管：Z=0.27；90°彎頭（R/d=1.5）2個：Z=0.15；調(diào)節(jié)閥：Z=0.3；EZ=0.53+0.27+0.15X2+0.3=1.4則局部壓損APm=:EZXpv2/2=1.4X73.0=102.2Pa該管段的總壓損AP=APL+APm=9.1+102.2=111.3Pa⑵.壓力平衡計算①.對于節(jié)點2：AP=127.6Pa△P：?2=73.2Pa(AP-AP)/AP=(127.6-73.2)/127.6=42.6%>10%可見：節(jié)點T2的壓力不平彳衡：采用調(diào)整管徑方法，進行壓力平衡調(diào)節(jié)D'=D(AP/AP)o.225=282mm.一2=3,,2—3 2?3 1?2圓整管徑?。篋'23=280mm根據(jù)對稱原理有：D'23=D'1o;280mm②.對于節(jié)點4：AP=AP+AP=127.6+139.8=267.4PaaP?H.bPa2?4(AP-AP)/AP=(267.4-73.2)/267.4=72.6%>10%可見：節(jié)點44的壓力不平衡，采用調(diào)整管徑方法，進行壓力平衡調(diào)節(jié)D'=D(AP/AP)o.225=239.1mm. 4?5?,4?5一 4?5 1?4圓整管徑?。篋'2?3=240mm根據(jù)對稱原理有：D'45=D'89=240mm⑶全系統(tǒng)壓力損失的計算系統(tǒng)的總壓力損失=(AP+AP+AP)X2+AP1?2 2?4 4?6 6-7=(127.6+139.8+137.2)X2+111.5=921Pa⑷.選擇風(fēng)機和電機選擇通風(fēng)機的計算風(fēng)量：Q0=Q(1+K])=16800X1.1=18480m3/h選擇通風(fēng)機的計算風(fēng)壓：AP=AP(1+K)=921X1.2=1105Pa根據(jù)上述風(fēng)量和風(fēng)壓，在通風(fēng)機樣本上選擇C6-48,N010C型離心引風(fēng)機，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)N=1000r/min時，Q=18356m3/h，P=1996Pa，配套電機為Y180M-4,18.5KW，功率為15.79KW，基本滿足要求。復(fù)核電動機功率：N=QApK(3600X1000nn)=18480X1105X1.3/(3600X1000X0.5X0.95)二15.05KW0 12配套風(fēng)機滿足管道計算匯總?cè)缦卤?管段編號流量Q/m3/h管長L/m管徑D/mm流速v/m/s入/d/m-1動壓pv2/2/Pa摩擦壓損AP/PLa局部壓損系數(shù)EZ局部壓損APm/Pa管段總壓損AP/Pa管段壓損累計EAP/Pa備注L1?2L10-1228008.03209.70.058661.128.61.6299.0127.6921Pa^2-3^10-11L4-5L8-928002.03209.70.058661.17.21.0866.073.2壓力不平衡L2-4L56006.04509.80.038562.414.42.01125,4139.8L4-6L84006.05609.50.02965